基于CX2443x的數(shù)字電視機頂盒設計 - 全文

　　當前，廣播電視正處于模擬技術向數(shù)字技術，單向廣播向雙向交互式傳輸，基本業(yè)務向擴展和增值業(yè)務的過渡和發(fā)展階段。數(shù)字有線電視機頂盒正是這一發(fā)展階段的產(chǎn)物。借助機頂盒，人們不僅可以用原有的模擬電視收看數(shù)字電視節(jié)目，還可利用數(shù)字機頂盒交互式功能獲得電子節(jié)目指南(EPG)、視頻點播(VOD)、收發(fā)電子郵件、數(shù)據(jù)廣播、遠程教育等增值服務。具體操作上，需要在用戶終端的模擬電視機上加裝機頂盒以完成數(shù)字電視信號和數(shù)據(jù)的接入，并完成視音頻信號的解碼輸出。本文介紹了機頂盒系統(tǒng)的硬件設計。

　　器件的選型

　　選擇芯片時除了要滿足基本的接收數(shù)字電視功能，還要能夠使用戶通過有線電視網(wǎng)絡實現(xiàn)Internet的高速接入，即要具備STB和Cable Modem兩種基本的應用模塊。根據(jù)這一需求，本設計選擇了CONEXANT(科勝訊)公司的交互數(shù)字電視機頂盒單芯片CX24430為核心來設計整個系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)的整體結構

　　本系統(tǒng)以CX24430芯片為核心，還包括電纜調(diào)諧器(Tuner)、上行功率放大器、作為固化程序和存儲節(jié)目參數(shù)用的閃存、配合CPU處理和存儲數(shù)據(jù)使用的SD RAM、EEPROM、音頻 DAC及音視頻輸出電路和電源單元等，此外，還有用于軟件調(diào)試的Multi-ICE接口和用于終端監(jiān)控的RS23接口以及USB接口、1394接口和以太物理層RJ45接口等。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

　　圖1 機頂盒終端系統(tǒng)結構框圖

　　本系統(tǒng)設計的主要創(chuàng)新之處在于系統(tǒng)采用雙CPU架構，各自獨立地支持Cable Modem和系統(tǒng)的應用程序運行。基本工作流程是：數(shù)字電視信號從電視臺經(jīng)過有線電纜傳輸?shù)接脩艉?，若要恢復出原始的圖像和聲音，需要經(jīng)過多個過程。首先進行信道解調(diào)和解碼，然后對輸出的傳輸流進行信源解碼，包括解復用、音視頻解碼、圖形處理、視頻編碼和音頻DAC等。

　　主要模塊的硬件設計

　　1 系統(tǒng)前端接入部分的設計

　　綜合業(yè)務數(shù)字有線電視雙模機頂盒的前端射頻接入信號主要包含下行帶內(nèi)的數(shù)據(jù)流(包括音視頻和IP網(wǎng)絡)、下行帶外的數(shù)據(jù)流和上行數(shù)據(jù)流(包括帶內(nèi)和帶外);其中帶內(nèi)頻率的通道用來傳輸音視頻和IP網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)，帶外頻率的通道主要用來傳輸CATV網(wǎng)絡頭端的電纜調(diào)制解調(diào)終端系統(tǒng)(CMTS)和用戶端的機頂盒的控制參數(shù)和交互信息，而且各種信息和數(shù)據(jù)在HFC網(wǎng)絡上通過頻分復用和時分復用得到并行的處理。

　　前端接入部分的設計如圖2所示。其中，PMX1338C為集成模塊，接收射頻信號，包括LNA低噪放大器、同向雙工器(將發(fā)射和接收的射頻信號隔離)和信號分離器(將下行信號分發(fā)到相應的端口);MT1530包含反混頻濾波和上行信號功率放大;CX2443x用做數(shù)字解碼和編碼以及輸出到外部接口。

　　圖2 系統(tǒng)前端接入電路圖

　　圖3 機頂盒接受系統(tǒng)后端電路圖

　　音視頻輸出部分電路設計

　　在機頂盒接收系統(tǒng)中，CX2443x后端子系統(tǒng)的視頻和音頻解碼器構成了系統(tǒng)音視頻輸出接口;解碼后的音視頻信號從半導體晶振輸送到立體聲DAC CS4335，或者從雙重的音/視頻信號開關輸送到CX2161R。音視頻信號輸出部分的電路如圖3所示。

　　音視頻解碼的原理和電路設計實現(xiàn)

　　1 音視頻信號解碼處理的流程

　　數(shù)字電視技術的首要目標是提高傳送圖像的質(zhì)量，完成對數(shù)字有線電視的相關改造后，不僅傳送圖像的質(zhì)量而且傳送圖像的數(shù)量均要得到提高。CX2443x是高度集成的單片IC，它在一塊芯片上包含了完整的STB后端子系統(tǒng)和CM子系統(tǒng)。其后端子系統(tǒng)包含有一個視頻解碼器、一個音頻解碼器、三個多標準傳輸流解復用器和高性能的嵌入式32位ARM920T RISC 處理器以及集成的外設I/O接口等。CX2443x片上的數(shù)字電視解碼內(nèi)核能夠?qū)σ粢曨l流信號進行完全的解碼并最終輸出數(shù)字的視頻和音頻信號到編碼模塊。

　　信號流的處理過程如圖4所示。完成了解調(diào)和信道解碼的MPEGⅡ格式或其他格式的音視頻信號傳輸流在解復用模塊進入DTDC子系統(tǒng)，它包含了音視頻的基本碼流、同步信息、程序?qū)Ш胶徒饷苄畔ⅰ＝鈴陀梅治銎鳂俗R這些不同格式的數(shù)據(jù)并輸送每一格式的數(shù)據(jù)到相應的內(nèi)存緩沖器。程序?qū)Ш胶徒饷苄畔t被輸送到DTDC外部主機;音視頻的基本碼流被輸送到專用的SDRAM中，并通過存儲橋傳送到相應的解碼器以輸出音視頻的解碼數(shù)字信號;同步信息則被輸送到一個音視頻同步機。

　　圖4 數(shù)字電視數(shù)字解碼子系統(tǒng)結構圖

　　2 音視頻解碼模塊的電路設計實現(xiàn)

　　CX2443x和其他子芯片以及晶振電路協(xié)同完成信號的解碼處理，如圖5所示，這部分設計主要包含音頻視頻信號模塊、系統(tǒng)調(diào)試用的JTAG口的電路連接，以及一些外圍電路。CX2443x芯片輸出完成數(shù)字解碼的音頻和視頻到相應的編碼模塊。JTAG口用來連接外部的調(diào)試設備，在實際電路設計中要注意外部晶振電路的配合。